KR20100052969A - 3차원 공간 스캔 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저를 반사시키는 반사미러가 회전 및 틸팅되도록 구동시킴으로써 이동물체의 수평방향뿐만 아니라 수직방향까지 스캐닝할 수 있도록 하여 주변의 장애물과의 거리를 검출함으로써 3차원의 공간적인 데이터의 확보가 가능한 3차원 공간 스캔 장치를 제공한다.

Description

3차원 공간 스캔 장치{Three-Dimensional Space Scanner}

본 발명은 3차원 공간 스캔 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반사미러가 회전 및 틸팅되도록 구동시킴으로써 이동물체의 수평방향뿐만 아니라 수직방향까지 스캐닝할 수 있도록 하여 3차원의 공간적인 데이터를 확보할 수 있는 3차원 공간 스캔 장치에 관한 것이다.

이동형 로봇과 같이 자율주행(보행)하는 이동장치는 레이저 또는 초음파 등을 사용하여 주변 물체를 감지하고 주변 물체와의 거리를 측정함으로써 장치의 위치를 인식하여 이동방향을 결정하게 된다.

레이저의 경우 물체와의 거리를 가장 정밀하게 측정하는 방법으로 알려져 있으며, 물체로부터 반사되는 레이저를 감지하여 빛의 주행시간을 계산함으로써 거리를 측정하게 된다.

이러한 레이저 거리측정 방식을 채용하는 기존의 이동장치는 2차원의 수평면을 따라서 직선방향으로 조사되는 레이저를 스캔하는 것으로서, 레이저 조사장치로부터 출사되는 레이저를 반사시키는 반사미러가 위치하는 특정 높이에 대해서만 그 주변에 위치하는 물체를 감지하고, 거리를 측정할 수밖에 없다.

즉, 레이저가 조사되는 위치에 한정되어 그와 동일한 수평면상에 위치하는 물체만을 감지할 수 있을 뿐이며, 그 이외의 범위에 대해서는 스캔이 불가능하여 특정 수평면상에 대한 거리정보만을 얻게 되는 단점이 있다.

그러나, 보다 정밀한 주행동작과 다양한 동작을 수행할 수 있는 이동장치에 대한 소비자의 요구가 증가함에 따라 기존의 특정 수평 선상에 대한 거리정보만으로는 충분한 안정성과 기능성을 확보하기가 어렵다는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 이동물체의 수평방향뿐만 아니라 수직방향까지 스캔하여 주변의 장애물과의 거리를 검출함으로써 공간적인 데이터의 확보가 가능한 3차원 공간 스캔 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 3차원 공간 스캔 장치는, 수직회전축을 통해 회전모터의 회전력을 전달하는 회전구동부; 반사미러가 틸팅되도록 구비되며, 상기 회전구동부의 회전력에 의해 회전하는 미러홀더; 상기 수직회전축이 통과하도록 중앙홀을 관통형성하며, 외주면을 따라 나선형의 가이드홈이 형성되는 틸팅 가이드부; 및 로드를 매개로 상기 반사미러와 연결되어 상기 가이드홈을 따라 상기 틸팅 가이드부의 외주면을 상하왕복이동하며 상기 반사미러를 틸팅시키는 틸팅구동부;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 로드는 상기 반사미러의 일단부와 힌지연결되며, 상기 틸팅구동부의 수직이동거리에 따라 상기 반사미러가 틸팅될 수 있다.

또한, 상기 로드의 수직이동거리의 범위에 따라 상기 반사미러의 틸팅범위가 결정될 수 있다.

또한, 상기 틸팅구동부는, 상기 가이드홈과 결합하는 돌기가 돌출형성되어 상기 가이드홈을 따라 이동하는 적어도 하나의 몸체부; 및 일단부는 상기 몸체부와 연결되고, 타단부는 상기 반사미러와 힌지연결되는 로드;를 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 몸체부는 상기 수직회전축을 중심으로 상기 가이드홈의 경로를 따라 상기 틸팅 가이드부의 외주면을 공전함과 동시에 상하왕복이동할 수 있다.

또한, 상기 틸팅 가이드부는 단일의 가이드홈이 형성되거나, 서로 교차하는 한쌍의 가이드홈이 축방향 단부에서 서로 연속하도록 연결되어 형성될 수 있다.

또한, 상기 틸팅 가이드부 및 상기 틸팅구동부를 내부에 수용하여 보호하는 프레임을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 프레임은 상기 틸팅 가이드부의 외주면과 일정한 간격을 유지하며, 상기 프레임과 상기 틸팅 가이드부 사이에 구비되는 상기 틸팅구동부는 상기 프레임에 의해 지지되어 상기 틸팅 가이드부의 외주면을 이동할 수 있다.

본 발명에 따른 3차원 공간 스캔 장치는 반사미러를 회전 및 틸팅시킬 수 있어 수평방향뿐만 아니라 수직방향까지 레이저를 조사하여 입체적으로 스캐닝함으로써 주변의 장애물과의 거리를 검출하여 3차원의 공간적인 데이터의 확보가 가능하다.

본 발명에 따른 3차원 공간 스캔 장치의 실시예에 관한 구체적인 사항을 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 3차원 공간 스캔 장치를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 3차원 공간 스캔 장치를 나타내는 분해사시도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 3차원 공간 스캔 장치는 회전구동부(100), 미러홀더(200), 틸팅 가이드부(300), 틸팅구동부(400)를 포함하여 구성된다.

상기 회전구동부(100)는 본 발명에 따른 3차원 공간 스캔 장치에서 반사미러(M)를 수평방향으로 360도 연속 회전시키기 위한 회전력을 발생시키는 것으로서, 전원 공급시 수직회전축(120)을 회전시키는 회전모터(110)가 스테이지(115)의 하부측에 구비된다.

그리고, 상기 회전모터(110)는 보호를 위해 케이스 내에 구비되는 것이 바람직하다.

상기 수직회전축(120)은 일단부가 상기 회전모터(110)와 결합되고, 타단부는 상기 미러홀더(200)와 결합되어 상기 회전모터(110)의 회전력을 상기 미러홀더(200)로 전달한다.

상기 회전구동부(100)는 베이스(10) 상부에 고정구비되며, 충격흡수를 위한 완충부재(미도시)를 상기 베이스(10)와의 사이에 더 구비하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 미러홀더(200)는 상기 수직회전축(120)과 축연결되어 상기 회전구동부(100)의 회전력에 의해 소정 방향으로 회전하는 회전부재이다.

도면에서와 같이, 상기 미러홀더(200)는 실질적으로 중심부에 상기 수직회전축(120)이 축연결되는 수평부(210)와 상기 수평부(210)의 좌우 양끝단부에서 직상방향으로 연장되는 측벽(220)으로 구성되며, 전체적으로 각진 "U"자 형태를 이룬다.

그리고, 상기 미러홀더(200)의 상부에는 상기 좌우 측벽(220)을 연결하는 수평회전축(230)을 통해 상기 반사미러(M)가 틸팅가능하도록 구비한다.

즉, 상기 미러홀더(200)를 가로지르며 상기 미러홀더(200)의 양측벽을 연결하는 수평회전축(230)을 따라 상기 반사미러(M)가 힌지결합됨으로써, 상기 반사미러(M)는 일정한 각도로만 고정되지 않고 다양한 각도로 틸팅될 수 있다.

이러한 반사미러(M)는 레이저 조사장치(미도시)에서 조사되는 레이저광을 스캔장치의 주변영역으로 반사시키는 한편, 장애물 등에 반사되어 되돌아오는 레이저광을 수광하여 광검출기(미도시)측으로 재반사시키는 기능을 수행한다.

따라서, 상기 반사미러(M)는 상기 미러홀더(200)와 함께 일정한 속도로 연속회전하며, 스캔장치의 주변영역을 따라 360도 연속 스캐닝하는 것이 가능하다.

또한, 상기 반사미러(M)가 45도의 기울기로 고정되지 않고 다양한 각도 범위내에서 틸팅되어 수직방향으로 스캐닝함으로써, 종래의 특정 높이에 따른 수평선상에 대한 2차원 거리데이터뿐만 아니라 수직거리까지 포함하는 3차원 공간데이터를 얻는 것이 가능하다.

상기 틸팅 가이드부(300)는 상기 회전구동부(100)의 스테이지(115) 상에 고정되며, 상기 수직회전축(120)이 통과하도록 중앙홀(320)을 관통형성한다.

그리고, 외주면을 따라 나선형의 가이드홈(310)을 함몰형성하여 추후 설명하는 틸팅구동부(400)가 상기 가이드홈(310)을 따라 안내되어 이동할 수 있도록 한다.

도 3a에서와 같이 원통형 구조를 가지는 상기 틸팅 가이드부(300)의 외주면에는 좌가이드홈(311)과 우가이드홈(312)으로 이루어지는 한쌍의 가이드홈(310)이 서로 교차하며, 축방향 양측 단부에서 서로 연속하도록 연결되어 형성된다.

이 경우, 어느 일측 가이드홈(예를 들어 좌가이드홈)(311)에 결합된 틸팅구동부(400)가 상기 가이드홈(311)을 따라 이동하여 단부에 이르게 되면, 그대로 연속하여 타측 가이드홈(예를 들어 우가이드홈)(312)으로 연결되어 상기 타측 가이드홈(312)을 따라 반대측 방향으로 이동을 한다.

따라서, 상기 틸팅구동부(400)는 상기 한쌍의 가이드홈(310)을 따라 연속적으로 이동하여 상하왕복운동을 하며, 이때 상기 회전구동부의 회전모터(110)는 일방향으로 연속회전을 한다.

또한, 도 5a에서와 같이 상기 틸팅 가이드부(300)의 외주면는 나선형의 가이드홈(310)이 단일 구조로 형성될 수 있다.

이 경우, 상기 틸팅구동부(400)는 볼트와 나사결합된 너트의 이동원리와 같이 상기 가이드홈(310)을 따라 일방향으로 이동하여 단부에 이르게 되면, 정지한 후 다시 반대측 방향으로 이동을 한다.

따라서, 상기 틸팅구동부(400)는 상기 단일의 가이드홈(310)을 따라 불연속적으로 이동을 하여 상하왕복운동을 하며, 이때 상기 회전구동부의 회전모터(110)는 회전방향이 주기적으로 변경되도록 회전을 한다.

한편, 상기 틸팅구동부(400)는 로드(420)를 매개로 상기 반사미러(M)와 연결되어 상기 가이드홈(310)을 따라 상기 틸팅 가이드부(300)의 외주면을 상하왕복이동하며 상기 반사미러(M)를 틸팅시킨다.

도 3b에서와 같이 상기 틸팅구동부(400)는 몸체부(410), 로드(420)를 포함하여 구성되거나, 도 5b에서와 같이 한쌍의 몸체부(410)가 서로 연결되어 구성될 수 있다.

상기 몸체부(410)는 상기 틸팅 가이드부(300)의 외주면을 따라 용이하게 이동할 수 있도록 소정의 곡률을 가지는 상기 틸팅 가이드부의 외주면과 대응하는 구조를 가진다.

그리고, 상기 몸체부(410)는 상기 가이드홈(310)과 결합하는 돌기(415)가 돌출형성되어 상기 가이드홈(310)을 따라 이동한다.

즉, 도 4 및 도 6에서와 같이 상기 몸체부(410)는 상기 수직회전축(120)을 중심으로 상기 가이드홈(310)의 경로를 따라 상기 틸팅 가이드부(300)의 외주면을 공전함과 동시에 상하왕복이동을 한다.

상기 로드(420)는 일단부가 상기 몸체부(410)와 연결되고, 타단부는 상기 반사미러(M)의 일단부와 힌지연결되어 상기 몸체부(410)의 수직이동거리에 따라 상기 반사미러(M)를 틸팅시킨다.

특히, 상기 로드(420)의 수직이동거리의 범위에 따라 상기 반사미러(M)의 틸팅범위가 결정되는 것으로, 수직이동거리를 조절하여 상기 반사미러(M)의 틸팅범위를 임의로 조정하는 것이 가능하다.

한편, 본 발명에 따른 3차원 공간 스캔 장치는 상기 틸팅 가이드부(300) 및 상기 틸팅구동부(400)를 내부에 수용하여 보호하도록 상기 틸팅구동부(400)의 외측을 따라 감싸는 프레임(500)을 더 포함한다.

도면에서와 같이 상기 프레임(500)은 소정 크기의 공간부(510)를 형성하는 중공형 원통부재이다.

이러한 프레임(500)은 상기 틸팅 가이드부(300)의 외주면과 일정한 간격을 유지하며, 따라서 상기 프레임(500)과 상기 틸팅 가이드부(300) 사이에 구비되는 상기 틸팅구동부(400)는 상기 틸팅 가이드부(300)의 외주면을 이동하도록 상기 프레임(500)에 의해 지지된다.

그리고, 상기 프레임(500)의 내주면과 상기 틸팅구동부(400)의 몸체부(410) 사이에는 상기 틸팅구동부(400)의 원활한 이동을 위해 베어링(미도시)을 더 구비하는 것이 바람직하다.

도 7을 참조하여 본 발명에 따른 반사미러가 회전 및 틸팅하는 구조에 대해 설명한다.

도 7a 및 도 7b는 도 1에 도시된 3차원 공간 스캔 장치에서 반사미러를 틸팅시키는 과정을 나타내는 개략도이다.

도 7a에서와 같이 상기 회전모터(110)의 회전력에 의해 상기 미러홀더(200)가 상기 수직회전축(120)과 함께 회전하는 경우, 상기 미러홀더(200)와 연결된 상기 틸팅구동부(400)는 상기 가이드홀(310)을 따라 직하부 방향으로 이동하여 상기 가이드홀(310)의 하단부에 놓이게 된다.

이때, 상기 반사미러(M)는 상기 로드(420)에 의해 직하부 방향으로 이끌려 상기 반사미러(M)의 기울기(θ)는 수평면을 기준으로 45도 이하가 된다.

그리고, 도 7b에서와 같이 상기 회전모터(110)의 회전력에 의해 상기 미러홀더(200)가 상기 수직회전축(120)과 함께 회전하는 경우, 상기 미러홀더(200)와 연결된 상기 틸팅구동부(400)는 상기 가이드홀(310)을 따라 직상부 방향으로 이동하여 상기 가이드홀(310)의 상단부에 놓이게 된다.

이때, 상기 반사미러(M)는 상기 로드(420)에 의해 직상부 방향으로 밀려 상기 반사미러(M)의 기울기(θ)는 수평면을 기준으로 45도 이상이 된다.

이러한 반사미러(M)의 틸팅운동은 기울기가 0 < θ < 90의 범위 내에서 상기 몸체부(410) 및 로드(420)가 상하왕복이동을 함으로써 반복적으로 수행되며, 상기 로드(420)의 수직이동거리의 범위조정을 통해 틸팅범위를 조절하는 것이 가능하다.

또한, 상기 반사미러(M)의 회전운동은 상기 수직회전축(120)이 연속회전운동을 함으로써 동일하게 수행될 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 반사미러는 종래와 같이 45도로 고정되어 있지 않고, 틸팅가능한 구조를 통해 다양한 각도의 범위에 대한 정보를 스캔하여 공간적인 데이터 확보가 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 3차원 공간 스캔 장치를 나타내는 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 3차원 공간 스캔 장치를 나타내는 분해사시도이다.

도 3a는 도 2에 도시된 3차원 공간 스캔 장치에서 틸팅 가이드부를 나타내는 확대사시도이다.

도 3b는 도 2에 도시된 3차원 공간 스캔 장치에서 틸팅구동부의 몸체부를 나타내는 확대사시도이다.

도 4는 도 3에 도시된 틸팅구동부가 틸팅 가이드부를 따라 이동하는 것을 나타내는 개략도이다.

도 5a는 도 2에 도시된 3차원 공간 스캔 장치에서 틸팅 가이드부의 다른 실시예를 나타내는 확대사시도이다.

도 5b는 도 2에 도시된 3차원 공간 스캔 장치에서 틸팅구동부의 몸체부의 다른 실시예를 나타내는 확대사시도이다.

도 6은 도 5에 도시된 틸팅구동부가 틸팅 가이드부를 따라 이동하는 것을 나타내는 개략도이다.

도 7a,b는 도 1에 도시된 3차원 공간 스캔 장치에서 반사미러를 틸팅시키는 과정을 나타내는 개략도이다.

Claims (8)

1. 수직회전축을 통해 회전모터의 회전력을 전달하는 회전구동부;

   반사미러가 틸팅되도록 구비되며, 상기 회전구동부의 회전력에 의해 회전하는 미러홀더;

   상기 수직회전축이 통과하도록 중앙홀을 관통형성하며, 외주면을 따라 나선형의 가이드홈이 형성되는 틸팅 가이드부; 및

   로드를 매개로 상기 반사미러와 연결되어 상기 가이드홈을 따라 상기 틸팅 가이드부의 외주면을 상하왕복이동하며 상기 반사미러를 틸팅시키는 틸팅구동부;

   를 포함하는 3차원 공간 스캔 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 로드는 상기 반사미러의 일단부와 힌지연결되며, 상기 틸팅구동부의 수직이동거리에 따라 상기 반사미러가 틸팅되는 것을 특징으로 하는 3차원 공간 스캔 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 로드의 수직이동거리의 범위에 따라 상기 반사미러의 틸팅범위가 결정 되는 것을 특징으로 하는 3차원 공간 스캔 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 틸팅구동부는,

   상기 가이드홈과 결합하는 돌기가 돌출형성되어 상기 가이드홈을 따라 이동하는 적어도 하나의 몸체부; 및

   일단부는 상기 몸체부와 연결되고, 타단부는 상기 반사미러와 힌지연결되는 로드;

   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 공간 스캔 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 몸체부는 상기 수직회전축을 중심으로 상기 가이드홈의 경로를 따라 상기 틸팅 가이드부의 외주면을 공전함과 동시에 상하왕복이동하는 것을 특징으로 하는 3차원 공간 스캔 장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 틸팅 가이드부는 단일의 가이드홈이 형성되거나, 서로 교차하는 한쌍의 가이드홈이 축방향 단부에서 서로 연속하도록 연결되어 형성되는 것을 특징으로 하 는 3차원 공간 스캔 장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 틸팅 가이드부 및 상기 틸팅구동부를 내부에 수용하여 보호하는 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 공간 스캔 장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 프레임은 상기 틸팅 가이드부의 외주면과 일정한 간격을 유지하며, 상기 프레임과 상기 틸팅 가이드부 사이에 구비되는 상기 틸팅구동부는 상기 프레임에 의해 지지되어 상기 틸팅 가이드부의 외주면을 이동하는 것을 특징으로 하는 3차원 공간 스캔 장치.

Images